Java中的屠龙之术（二）：如何方便快捷地生成.class文件

** 在之前的“Java中的屠龙之术：如何修改语法树”中，我们详细介绍了如何使用Javac源码提供的工具类来修改语法树。**

而在此基础上，有一款开源工具javapoet可以更加快捷地生成字节码，实现原理其实也就是对JavaAPT的封装，然而Javapoet有一个局限性，就是只能生成新的.class文件，却无法修改原有的类，这也是它的一大局限性所在。接下来就让我们看看它的使用方法把。

0x00 概述

注解系列

上一篇限于篇幅只介绍了APT，这篇来继续介绍javapoet，是square公司的开源库。正如其名，java诗人，通过注解来生成java源文件，通常要使用javapoet这个库与Filer配合使用。主要和注解配合用来干掉那些重复的模板代码(如butterknife 和databinding所做的事情)，当然你也可以使用这个技术让你的代码更加的炫酷。

0x01 简单使用

使用之前要先引入这个库

compile 'com.squareup:javapoet:1.7.0'
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javapoet是用来生成代码的，需要借助

常用类

使用javapoet前需要了解8个常用类

类名	作用
MethodSpec	代表一个构造函数或方法声明
TypeSpec	代表一个类，接口，或者枚举声明
FieldSpec	代表一个成员变量，一个字段声明
JavaFile	包含一个顶级类的Java文件
ParameterSpec	用来创建参数
AnnotationSpec	用来创建注解
ClassName	用来包装一个类
TypeName	类型，如在添加返回值类型是使用 TypeName.VOID

除此之外 JavaPoet提供了一套自定义的字符串格式化规则，常用的有

格式化规则	表示含义
$L	字面量
$S	字符串
$T	类、接口
$N	变量

0x02 使用进阶

下面由浅入深，循序渐进的说明用法

方法&控制流：

添加方法 addcode 和 addstatement 对与无需类引入的极简代码可以直接使用addCode

MethodSpec main = MethodSpec.methodBuilder("main")
    .addCode(""
        + "int total = 0;\n"
        + "for (int i = 0; i < 10; i++) {\n"
        + "  total += i;\n"
        + "}\n")
    .build();
复制代码

生成的是

void main() {
  int total = 0;
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    total += i;
  }
}
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要是需要import的方法，如上面的.addStatement("$T.out.println($S)", System.class, "Hello, JavaPoet!") 就需要使用.addStatement来声明

更优雅的流控制

beginControlFlow 流开启 addStatement 处理语句 endControlFlow()流结束

如上面的用流改写就是

MethodSpec main = MethodSpec.methodBuilder("main")
    .addStatement("int total = 0")
    .beginControlFlow("for (int i = 0; i < 10; i++)")
    .addStatement("total += i")
    .endControlFlow()
    .build();
复制代码

占位符

javapoet里面提供了占位符来帮助我们更好地生成代码

$L 字面常量（Literals）

private MethodSpec computeRange(String name, int from, int to, String op) {
  return MethodSpec.methodBuilder(name)
      .returns(int.class)
      .addStatement("int result = 0")
      .beginControlFlow("for (int i = $L; i < $L; i++)", from, to)
      .addStatement("result = result $L i", op)
      .endControlFlow()
      .addStatement("return result")
      .build();
}
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这个就是一个for循环，op负责加减乘除等符号

$S 字符串常量（String）
$T 类型(Types)

最大的特点是自动导入包

MethodSpec today = MethodSpec.methodBuilder("today")
    .returns(Date.class)
    .addStatement("return new $T()", Date.class)
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.FINAL)
    .addMethod(today)
    .build();

JavaFile javaFile = JavaFile.builder("com.example.helloworld", helloWorld)
    .build();

javaFile.writeTo(System.out);

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生成的代码如下，而且会自动导包

package com.example.helloworld;

import java.util.Date;

public final class HelloWorld {
  Date today() {
    return new Date();
  }
}
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$N 命名(Names),通常指我们自己生成的方法名或者变量名等等

比如这样的代码块

public String byteToHex(int b) {
  char[] result = new char[2];
  result[0] = hexDigit((b >>> 4) & 0xf);
  result[1] = hexDigit(b & 0xf);
  return new String(result);
}

public char hexDigit(int i) {
  return (char) (i < 10 ? i + '0' : i - 10 + 'a');
}
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我们可以传递hexDigit()来代替。

MethodSpec hexDigit = MethodSpec.methodBuilder("hexDigit")
    .addParameter(int.class, "i")
    .returns(char.class)
    .addStatement("return (char) (i < 10 ? i + '0' : i - 10 + 'a')")
    .build();

MethodSpec byteToHex = MethodSpec.methodBuilder("byteToHex")
    .addParameter(int.class, "b")
    .returns(String.class)
    .addStatement("char[] result = new char[2]")
    .addStatement("result[0] = $N((b >>> 4) & 0xf)", hexDigit)
    .addStatement("result[1] = $N(b & 0xf)", hexDigit)
    .addStatement("return new String(result)")
    .build();
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获取对应类

有两种方式:

ClassName.bestGuess(“类全名称”) 返回ClassName对象，这里的类全名称表示的类必须要存在，会自动导入相应的包
ClassName.get(“包名”，”类名”) 返回ClassName对象，不检查该类是否存在

因此如果使用JavaPoet的话后续代码重构改变类名往往需要格外注意一点

ClassName hoverboard = ClassName.get("com.mattel", "Hoverboard");
ClassName list = ClassName.get("java.util", "List");
ClassName arrayList = ClassName.get("java.util", "ArrayList");
TypeName listOfHoverboards = ParameterizedTypeName.get(list, hoverboard);

MethodSpec beyond = MethodSpec.methodBuilder("beyond")
    .returns(listOfHoverboards)
    .addStatement("$T result = new $T<>()", listOfHoverboards, arrayList)
    .addStatement("result.add(new $T())", hoverboard)
    .addStatement("result.add(new $T())", hoverboard)
    .addStatement("result.add(new $T())", hoverboard)
    .addStatement("return result")
    .build();
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然后生成

package com.example.helloworld;

import com.mattel.Hoverboard;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public final class HelloWorld {
  List<Hoverboard> beyond() {
    List<Hoverboard> result = new ArrayList<>();
    result.add(new Hoverboard());
    result.add(new Hoverboard());
    result.add(new Hoverboard());
    return result;
  }
}
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构建类的元素

方法

方法的修饰，如Modifiers.ABSTRACT

MethodSpec flux = MethodSpec.methodBuilder("flux")
    .addModifiers(Modifier.ABSTRACT, Modifier.PROTECTED)
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.ABSTRACT)
    .addMethod(flux)
    .build();
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这将会生成如下代码

public abstract class HelloWorld {
  protected abstract void flux();
}

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当然Methods需要和MethodSpec.Builder配置来增加方法参数、异常、javadoc、注解等。

构造器

这个其实也是个函数方法而已，因此可以使用MethodSpec来生成构造器方法。比如：

MethodSpec flux = MethodSpec.constructorBuilder()
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addParameter(String.class, "greeting")
    .addStatement("this.$N = $N", "greeting", "greeting")
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addField(String.class, "greeting", Modifier.PRIVATE, Modifier.FINAL)
    .addMethod(flux)
    .build();
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将会生成

public class HelloWorld {
  private final String greeting;

  public HelloWorld(String greeting) {
    this.greeting = greeting;
  }
}
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参数(重要)

之前我们是通过addstatement直接设置参数，其实参数也有自己的一个专用类ParameterSpec，我们可以使用ParameterSpec.builder()来生成参数，然后MethodSpec的addParameter去使用，这样更加优雅。

ParameterSpec android = ParameterSpec.builder(String.class, "android")
    .addModifiers(Modifier.FINAL)
    .build();

MethodSpec welcomeOverlords = MethodSpec.methodBuilder("welcomeOverlords")
    .addParameter(android)
    .addParameter(String.class, "robot", Modifier.FINAL)
    .build();
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生成的代码

void welcomeOverlords(final String android, final String robot) {
}
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稍微复杂点的类型比如泛型、Map之类的，需要了解下JavaPoet定义的几种专门描述类型的类

常见的有

分类	生成的类型	JavaPoet 写法	也可以这么写（等效的 Java 写法）
内置类型	int	TypeName.INT	int.class
数组类型	int[]	ArrayTypeName.of(int.class)	int[].class
需要引入包名的类型	java.io.File	ClassName.get(“java.io”, “File”)	java.io.File.class
参数化类型（ParameterizedType	List	ParameterizedTypeName.get(List.class, String.class)	-
类型变量（WildcardType）用于声明泛型	T	TypeVariableName.get(“T”)	-
通配符类型	? extends String	WildcardTypeName.subtypeOf(String.class)	-

/*
 *Build input type, format as :
 *Map<String, Class<? extends IRouteGroup>>
 */
    ParameterizedTypeName inputMapTypeOfRoot = ParameterizedTypeName.get(
            ClassName.get(Map.class),
            ClassName.get(String.class),
            ParameterizedTypeName.get(
                    ClassName.get(Class.class),
                    WildcardTypeName.subtypeOf(ClassName.get(type_IRouteGroup))
            )
    );

    /*
     *Map<String, RouteMeta>
     */
    ParameterizedTypeName inputMapTypeOfGroup = ParameterizedTypeName.get(
            ClassName.get(Map.class),
            ClassName.get(String.class),
            ClassName.get(RouteMeta.class)
    );        

    /*
     *Build input param name.
     */
    ParameterSpec rootParamSpec = ParameterSpec.builder(inputMapTypeOfRoot, "routes").build();
    ParameterSpec groupParamSpec = ParameterSpec.builder(inputMapTypeOfGroup, "atlas").build();
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生成参数类型

public class ARouter$Root$app implements IRouteRoot {
  @Override
  public void loadInto(Map<String, Class<? extends IRouteGroup>> routes) {
    routes.put("service", ARouter$Group$service.class);
    routes.put("test", ARouter$Group$test.class);
  }
}

public class ARouter$Group$service implements IRouteGroup {
  @Override
  public void loadInto(Map<String, RouteMeta> atlas) {
    atlas.put("/service/hello", RouteMeta.build(RouteType.PROVIDER, HelloServiceImpl.class, "/service/hello", "service", null, -1, -2147483648));
    atlas.put("/service/json", RouteMeta.build(RouteType.PROVIDER, JsonServiceImpl.class, "/service/json", "service", null, -1, -2147483648));
    atlas.put("/service/single", RouteMeta.build(RouteType.PROVIDER, SingleService.class, "/service/single", "service", null, -1, -2147483648));
  }
}

复制代码

字段

可以使用FieldSpec去声明字段，然后加到Method中处理

FieldSpec android = FieldSpec.builder(String.class, "android")
    .addModifiers(Modifier.PRIVATE, Modifier.FINAL)
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addField(android)
    .addField(String.class, "robot", Modifier.PRIVATE, Modifier.FINAL)
    .build();
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然后生成代码

public class HelloWorld {
  private final String android;

  private final String robot;
}
复制代码

通常Builder可以更加详细的创建字段的内容，比如javadoc、annotations或者初始化字段参数等，如：

FieldSpec android = FieldSpec.builder(String.class, "android")
    .addModifiers(Modifier.PRIVATE, Modifier.FINAL)
    .initializer("$S + $L", "Lollipop v.", 5.0d)
    .build();
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对应生成的代码

private final String android = "Lollipop v." + 5.0;
复制代码

接口

接口方法必须是PUBLIC ABSTRACT并且接口字段必须是PUBLIC STATIC FINAL ，使用TypeSpec.interfaceBuilder

如下

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.interfaceBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addField(FieldSpec.builder(String.class, "ONLY_THING_THAT_IS_CONSTANT")
        .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC, Modifier.FINAL)
        .initializer("$S", "change")
        .build())
    .addMethod(MethodSpec.methodBuilder("beep")
        .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.ABSTRACT)
        .build())
    .build();
复制代码

生成的代码如下

public interface HelloWorld {
  String ONLY_THING_THAT_IS_CONSTANT = "change";

  void beep();
}
复制代码

继承父类实现接口

接口代码

package com.test.javapoet;
public interface TestInterface<T> {
    void test(T testPara);
}
复制代码

父类代码

public class TestExtendesClass {

}
复制代码

使用javapoet实现接口并且继承父类

final ClassName  InterfaceName = ClassName.get("com.test.javapoet","TestInterface");

    ClassName superinterface = ClassName.bestGuess("com.test.javapoet.TestClass");
    //ClassName superinterface = ClassName.get("com.test.javapoet","aa");

    TypeSpec.Builder spec = TypeSpec.classBuilder("TestImpl")
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            // 添加接口，ParameterizedTypeName的参数1是接口，参数2是接口的泛型
            .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(InterfaceName, superinterface)) 
            //使用ClassName.bestGuess会自动导入包
            .superclass(ClassName.bestGuess("com.zs.javapoet.test.TestExtendesClass"));

    MethodSpec.Builder methodSpec = MethodSpec.methodBuilder("test")
            .addAnnotation(Override.class)
            .returns(TypeName.VOID)
            .addParameter(superinterface, "testPara")
            .addStatement("System.out.println(hello)" );

        TypeSpec typeSpec = spec.addMethod(methodSpec.build()).build();

    JavaFile file = JavaFile.builder("com.zs.javapoet", typeSpec).build();
    file.writeTo(System.out);

复制代码

生成代码

package com.test.javapoet;

    import com.zs.javapoet.test.TestExtendesClass;
    import java.lang.Override;

    public class TestImpl extends TestExtendesClass implements TestInterface<TestClass> {
      @Override
      void test(TestClass testPara) {
        System.out.println(hello);
      }
    }
复制代码

枚举类型

使用TypeSpec.enumBuilder来创建，使用addEnumConstant来添加

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.enumBuilder("Roshambo")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addEnumConstant("ROCK")
    .addEnumConstant("SCISSORS")
    .addEnumConstant("PAPER")
    .build();
复制代码

生成的代码

public enum Roshambo {
  ROCK,

  SCISSORS,

  PAPER
}
复制代码

更复杂的类型也可以支持，如重写、注解等

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.enumBuilder("Roshambo")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addEnumConstant("ROCK", TypeSpec.anonymousClassBuilder("$S", "fist")
        .addMethod(MethodSpec.methodBuilder("toString")
            .addAnnotation(Override.class)
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            .addStatement("return $S", "avalanche!")
            .build())
        .build())
    .addEnumConstant("SCISSORS", TypeSpec.anonymousClassBuilder("$S", "peace")
        .build())
    .addEnumConstant("PAPER", TypeSpec.anonymousClassBuilder("$S", "flat")
        .build())
    .addField(String.class, "handsign", Modifier.PRIVATE, Modifier.FINAL)
    .addMethod(MethodSpec.constructorBuilder()
        .addParameter(String.class, "handsign")
        .addStatement("this.$N = $N", "handsign", "handsign")
        .build())
    .build();
复制代码

生成代码

public enum Roshambo {
  ROCK("fist") {
    @Override
    public void toString() {
      return "avalanche!";
    }
  },

  SCISSORS("peace"),

  PAPER("flat");

  private final String handsign;

  Roshambo(String handsign) {
    this.handsign = handsign;
  }
}
复制代码

匿名内部类

需要使用Type.anonymousInnerClass(""),通常可以使用$L占位符来指代

TypeSpec comparator = TypeSpec.anonymousClassBuilder("")
    .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(Comparator.class, String.class))
    .addMethod(MethodSpec.methodBuilder("compare")
        .addAnnotation(Override.class)
        .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
        .addParameter(String.class, "a")
        .addParameter(String.class, "b")
        .returns(int.class)
        .addStatement("return $N.length() - $N.length()", "a", "b")
        .build())
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addMethod(MethodSpec.methodBuilder("sortByLength")
        .addParameter(ParameterizedTypeName.get(List.class, String.class), "strings")
        .addStatement("$T.sort($N, $L)", Collections.class, "strings", comparator)
        .build())
    .build();
复制代码

生成代码

void sortByLength(List<String> strings) {
  Collections.sort(strings, new Comparator<String>() {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
      return a.length() - b.length();
    }
  });
}
复制代码

定义匿名内部类的一个特别棘手的问题是参数的构造。在上面的代码中我们传递了不带参数的空字符串。TypeSpec.anonymousClassBuilder("")。

注解

注解使用起来比较简单

MethodSpec toString = MethodSpec.methodBuilder("toString")
    .addAnnotation(Override.class)
    .returns(String.class)
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
    .addStatement("return $S", "Hoverboard")
    .build();
复制代码

生成代码

  @Override
  public String toString() {
    return "Hoverboard";
  }
复制代码

通过AnnotationSpec.builder() 可以对注解设置属性：

MethodSpec logRecord = MethodSpec.methodBuilder("recordEvent")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.ABSTRACT)
    .addAnnotation(AnnotationSpec.builder(Headers.class)
        .addMember("accept", "$S", "application/json; charset=utf-8")
        .addMember("userAgent", "$S", "Square Cash")
        .build())
    .addParameter(LogRecord.class, "logRecord")
    .returns(LogReceipt.class)
    .build();
复制代码

代码生成如下

@Headers(
    accept = "application/json; charset=utf-8",
    userAgent = "Square Cash"
)
LogReceipt recordEvent(LogRecord logRecord);
复制代码

注解同样可以注解其他注解，通过$L引用如

MethodSpec logRecord = MethodSpec.methodBuilder("recordEvent")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.ABSTRACT)
    .addAnnotation(AnnotationSpec.builder(HeaderList.class)
        .addMember("value", "$L", AnnotationSpec.builder(Header.class)
            .addMember("name", "$S", "Accept")
            .addMember("value", "$S", "application/json; charset=utf-8")
            .build())
        .addMember("value", "$L", AnnotationSpec.builder(Header.class)
            .addMember("name", "$S", "User-Agent")
            .addMember("value", "$S", "Square Cash")
            .build())
        .build())
    .addParameter(LogRecord.class, "logRecord")
    .returns(LogReceipt.class)
    .build();
复制代码

生成代码

@HeaderList({
    @Header(name = "Accept", value = "application/json; charset=utf-8"),
    @Header(name = "User-Agent", value = "Square Cash")
})
LogReceipt recordEvent(LogRecord logRecord);
复制代码

注释

javadoc

0x03 后续

在javapoet之前有javawriter，但javapoet有着更强大的代码模型，并且对类的理解更加到位，因此推荐使用javapoet

参考文章

作者：渡口一艘船
链接：https://juejin.cn/post/6844903456629587976
来源：稀土掘金
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

微信公众号【程序员黄小斜】作者是前蚂蚁金服Java工程师，专注分享Java技术干货和求职成长心得，不限于BAT面试，算法、计算机基础、数据库、分布式、spring全家桶、微服务、高并发、JVM、Docker容器，ELK、大数据等。关注后回复【book】领取精选20本Java面试必备精品电子书。

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